面向5G应用的基于大规模可重构智能表面安全传输方法

摘要

一种面向5G应用的基于大规模可重构智能表面安全传输方法，属于信息安全技术领域。本发明提出的一种面向5G应用的基于大规模可重构智能表面安全传输方法，采用低计算复杂度的迭代优化算法，逐步逼近大规模可重构智能表面辅助保密通信系统的最优保密波束成形和无源反射波束成形设计，在满足发射功率预算和离散相移约束下，最大化系统的安全能效，提高无线通信系统的安全传输性能。

说明书

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种面向5G应用的基于大规模可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS）安全传输方法。

背景技术

5G的低时延、高可靠、快速接入，及高安全、低功耗的安全需求，给安全加密方法带来了挑战。与完全依靠密钥的保密性与强计算的传统上层加密机制不同，物理层安全传输旨在利用无线信道的随机性、唯一性结合先进的信号处理技术，建立优势主信道，在确保合法收发机可靠通信的同时防止非法用户从接收到的信号中窃取保密信息。但是，传统物理层安全传输技术局限于牺牲传输速率或发射功率，被动适应无线信道环境，安全性能的大小随着时变衰落信道随机波动。

可重构智能表面通过大量无源反射单元结构，不需要牺牲系统的传输速率和发射功率，通过被动反射接收信号，重新配置无线信道环境，能够实时高效构建优势主信道，在实现系统更高的频谱和能量效率的同时，获得更大的安全传输速率。同时，可重构智能表面因其成本低、重量轻，可以灵活部署在建筑物外立面、工厂天花板甚至于系留式高空平台。基于大规模可重构智能表面辅助的安全传输系统在海量节点轻量级安全传输的场景中具备广阔的应用前景。但是，目前通常仅考虑一个可重构智能表面辅助的安全速率最大化问题，5G以及未来无线通信极有可能会大规模部署RIS，探索如何利用多个RIS辅助安全通信是一项重要的研究工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有物理层安全的不足，提供一种面向5G应用的基于大规模可重构智能表面安全传输方法。本发明提出低计算复杂度的迭代优化算法逐步逼近最优传输策略，满足保密信号发射机功率预算和大规模可重构智能表面离散相移的约束条件，最大化无线通信系统的安全能效。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种面向5G应用的基于大规模可重构智能表面安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 初始化

S2. 对变量

其中，

得到优化后的

S3. 根据步骤S2得到的最优的波束成形向量

其中，

得到最优的相移列向量

S4. 经步骤S2和S3优化，得到最优的波束成形向量

S5. 当

当

其中，

S6. 信号发射机利用最优的波束成形向量

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出的一种面向5G应用的基于大规模可重构智能表面安全传输方法，采用低计算复杂度的迭代优化算法，逐步逼近大规模可重构智能表面辅助保密通信系统的最优保密波束成形和无源反射波束成形设计，在满足发射功率预算和离散相移约束下，最大化系统的安全能效，提高无线通信系统的安全传输性能。

附图说明

图1为发射功率预算和1个可重构智能表面影响下的最大安全能效仿真图；

图2为发射功率预算和2个可重构智能表面影响下的最大安全能效仿真图；

图3为发射功率预算和8个可重构智能表面影响下的最大安全能效仿真图；

图4为窃听者个数影响下的最大安全能效仿真图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种面向5G应用的基于大规模可重构智能表面安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 信号发射机根据收集到的通信系统信息，随机初始化

S2. 在可重构智能表面相移

S3. 根据步骤S2得到的最优的波束成形向量

其中，

根据公式（2）得到最优的相移列向量

S4. 经步骤S2和S3优化，得到最优的波束成形向量

S5. 当

当

其中，

S6. 信号发射机利用最优的波束成形向量

其中，步骤S3中，针对窃听传输速率的约束条件，引入非负因子

式中，

然后，将离散变量

可以看出当变量的最优解为

图1为发射功率预算和1个可重构智能表面影响下的最大安全能效仿真图，图2为发射功率预算和2个可重构智能表面影响下的最大安全能效仿真图，图3为发射功率预算和8个可重构智能表面影响下的最大安全能效仿真图。其中，对比方案1表示信号发射机采用最大比传输方案

以上所述是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应该看作是对其他实施例的排除，而可用于其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。